高壓架空輸電線路防雷措施與應(yīng)用

曹營+殷浩

[摘 要]電力作為一個大的系統(tǒng)從生產(chǎn)到使用由發(fā)電、輸電、變電以及配電等環(huán)節(jié)組成，而輸電是其中的必不可少的重要組成部分。而目前輸電的方式只有兩種，一種是電纜，另一種是架空線，目前全世界范圍內(nèi)主要采用的是架空，尤其是遠(yuǎn)距離的、高電壓更是如此，因此高壓架空輸電線路的安全穩(wěn)定，決定著整個電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠的運行。

[關(guān)鍵詞]高壓 架空輸電線路 防雷措施

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0384-01

引言

高壓架空輸電線路周圍的環(huán)境、地形非常復(fù)雜，如，高山、丘陵、曠野、林區(qū)等，尤其是線路較長且空曠區(qū)域內(nèi)的架空輸電線路，遭受雷擊的機(jī)率比較大，不僅造成大量的線路破壞，對供電的安全性、穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響。因此，在進(jìn)行輸電線路的雷電故障分析時，必須重視技術(shù)性的研究，解決輸電線路防雷保護(hù)中出現(xiàn)的問題，優(yōu)化輸電線路防雷保護(hù)設(shè)計，尤其是要注意線路避雷線架設(shè)及接地電阻設(shè)計，對于線路中特殊的地段設(shè)置特殊的線路保護(hù)，并且根據(jù)地線架設(shè)的方式及接地電阻進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)，使輸電線路的防雷能力得以提高。

一、高壓架空輸電線路遭雷擊的主要原因

（1）地形比較復(fù)雜、風(fēng)口以及山谷等地是雷擊的主要發(fā)生場所。這些比較特殊的環(huán)境大幅度增加了雷擊頻率，在每個雷電日雷云和地面之間的雷擊概率可以達(dá)到每平方公里0.015次。

（2）一般在絕緣能力不強(qiáng)的耐張桿上容易發(fā)生雷擊，雖然目前的技術(shù)水平使直線桿塔上的絕緣配置有所提高，卻沒有把耐張桿的絕緣配置予以提高，進(jìn)而導(dǎo)致耐張桿要承受比從前更大的負(fù)荷，使耐張桿的絕緣薄弱點產(chǎn)生。

（3）雷擊經(jīng)常出現(xiàn)在高山上或者是土壤電阻率比較高的地方。當(dāng)接地電阻長時間深埋地下會被腐蝕，使導(dǎo)體的絕緣面積有效減少，分散雷電流的能力就會有所下降，嚴(yán)重時會導(dǎo)致地面斷裂。質(zhì)量不合格的接地電阻還容易引發(fā)絕緣閃絡(luò)，接地電阻的變化和雷擊跳閘的次數(shù)是成正比的。

（4）雷擊也經(jīng)常發(fā)生在避雷線保護(hù)角的大桿塔上，避雷線的保護(hù)范圍一般是指以避雷線和外側(cè)導(dǎo)線連線與垂直線之間的夾角就是保護(hù)角，它的主要功能是避免輸電線不被雷電擊中，保護(hù)角的大小和保護(hù)能力是成反比的。但是在實際運用中，它的保護(hù)作用被逐漸弱化，不僅沒有很好的保護(hù)絕緣子串，還可能導(dǎo)致雷電對輸電線的繞擊狀況發(fā)生。

二、高壓架空輸電線路防雷措施與應(yīng)用

1、架設(shè)地線

架設(shè)地線是高壓架空輸電線路最常用的，能最大限度的防止雷擊導(dǎo)線，有效分流雷擊塔頂時雷電流使塔頂電位降低，有效降低塔頭絕緣子串和空氣間隙上的電壓。雷擊跳閘率與地線的架設(shè)根數(shù)、架設(shè)距離及地線與導(dǎo)線的保護(hù)角關(guān)系較大。

關(guān)于地線的架設(shè)根數(shù)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和國內(nèi)外的運行經(jīng)驗，各級電壓的輸電線路應(yīng)采用的保護(hù)方式：其中500KV輸電線路宜沿全線架設(shè)地線，在年平均雷暴日數(shù)不超過15或運行經(jīng)驗證明雷電活動輕微的地區(qū)，可不架設(shè)地線。無地線的輸電線路，宜在變電所或發(fā)電廠的進(jìn)線段架設(shè)1-2km地線。220-500kV輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)地線，年平均雷暴日數(shù)不超過15的地區(qū)或運行經(jīng)驗證明雷電活動輕微的地區(qū)，可架設(shè)單地線，山區(qū)宜架設(shè)雙地線。500-750kV輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)雙地線。關(guān)于架設(shè)距離：規(guī)定桿塔上兩根地線之間的距離，不應(yīng)超過地線與導(dǎo)線間垂直距離的5倍。根據(jù)運行經(jīng)驗對于多雷區(qū)和山區(qū)的送電線路，減少地線與導(dǎo)線的保護(hù)角，可以非常有效的降低雷擊跳閘率。而運行經(jīng)驗表明，高桿塔輸電線路雷擊跳閘主要是繞擊雷引起的，而小的保護(hù)角對繞擊雷有很好的防范作用。

2、使用不平衡絕緣手段

在目前所建的高壓架空或超高壓架空輸電線路中，使用雙回路線路的情況越來越多，對于這類同桿輸電線路來說，普通的防雷技術(shù)措施已經(jīng)無法滿足其防雷需求，這種情況下完沒可以使用不平衡絕緣手段，這種方法能夠讓雙回路線路在遭受雷擊后引起的跳閘現(xiàn)象明顯減少，實現(xiàn)輸電線路的穩(wěn)定持續(xù)供電。該方法的使用原則是讓雙回路線路中的絕緣子串片數(shù)各不相同，這樣一來在遭受雷擊后，串片數(shù)較少的回路優(yōu)先閃絡(luò)，閃絡(luò)之后導(dǎo)線可以看作地線，從側(cè)面提高了另一回路導(dǎo)線的耦合作用，讓另一回路的抗雷率得到明顯提高，可以保證始終有一個回路在進(jìn)行供電。

3、降低桿塔的接地電阻

對于一般高度的桿塔，降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平降低雷擊跳閘率的既經(jīng)濟(jì)又有效的措施之一。因為雷電的電流強(qiáng)度具有以下特點：電流幅值小的雷電流出現(xiàn)的幾率大，而大幅值的雷電出現(xiàn)的幾率比較小，所以輸電線路桿塔的接地電阻的作用會更加明顯。

4、高桿塔加強(qiáng)絕緣

有些輸電線路的路段特殊，需要使很高的桿塔，這也代表著桿塔的著雷機(jī)會有所增加。對于很高的桿塔可以選擇增加絕緣子串的片數(shù)或者是增加塔頭之間的距離等方式來提升防雷能力。由于高桿塔會導(dǎo)致輸電線繞擊率的增加，所以規(guī)定全長大于40米且裝有避雷線的桿塔，塔高每增加10米，絕緣子串的片數(shù)就加一，全長超過100米的桿塔，應(yīng)該根據(jù)運行經(jīng)驗再經(jīng)過準(zhǔn)確的計算確定片數(shù)。

5、加裝避雷器

線路上裝避雷器后，當(dāng)輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當(dāng)雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時，由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用，將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因避雷器的分流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導(dǎo)線電位提高，使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡(luò)。因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進(jìn)行防雷的明顯特點。

以往輸電線路防雷主要采用降低塔體接地電阻的方法，在平原地帶相對較容易，對于山區(qū)桿塔，則往往在4個塔角部位采用較長的輻射地線或打深井加降阻劑，以增加地線與土壤的接觸面積，降低電阻率，在工頻狀態(tài)下接地電阻會有所下降.但遭受雷擊時，因接地線過長會有較大的附加電感值，雷電過電壓的暫態(tài)分量L·dl/dt會加在塔體電位上，使塔頂電位大大提高，更容易造成塔體與絕緣子串的閃絡(luò)，反而使線路的耐雷水平下降。因線路避雷器具有鉗電位作用，對接地電阻要求不嚴(yán)，對山區(qū)線路防雷比較容易實現(xiàn)。加裝線路避雷器對防雷效果是十分明顯的，根據(jù)山區(qū)桿塔逐年增多的實際情況采用加裝避雷器對山區(qū)防雷的方法是十分必要的。

結(jié)語

作為一種大自然現(xiàn)象，雷電雖然可預(yù)測，但是目前為止還不能夠為人類所控制，也不可能存在能夠絕對防雷的設(shè)施，要科學(xué)有效的解決高壓架空輸電線路的防雷擊問題，只有從當(dāng)?shù)貙嶋H情況出發(fā)，制定有針對性的防雷措施，認(rèn)真仔細(xì)調(diào)查之后科學(xué)的進(jìn)行防雷設(shè)計，才能夠有效的減少雷擊后的跳閘現(xiàn)象。當(dāng)前我國高壓架空輸電線路的防雷擊技術(shù)還存在著一些問題，對于如何有效的減少雷電事故的發(fā)生還需要進(jìn)行深入的探索研究，在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，不斷的對高壓架空防雷設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)，讓輸電線路的防雷技術(shù)日益完善。

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